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第5章 電氣CAD中工程數(shù)據(jù)的組織和管理 5 1工程數(shù)據(jù)的描述和組織電氣工程數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行管理與處理 常用的處理技術(shù)有程序化 公式化 文件化及數(shù)據(jù)庫技術(shù) 5 1 1工程數(shù)據(jù)的基本概念1 數(shù)據(jù)的定義數(shù)據(jù)是描述客觀實(shí)體特征的數(shù)字 字符 包括漢字 字母 符號 圖形的集合 所謂實(shí)體 可以是某些具體的實(shí)物 也可是某個抽象的事件 活動 實(shí)體的特征稱為屬性 2 數(shù)據(jù)的類型分為圖形數(shù)據(jù)和非圖形數(shù)據(jù)3 數(shù)據(jù)間的關(guān)系 邏輯的物理兩個方面 表5 1每一行都是發(fā)機(jī)的屬性參數(shù) 每一列都是發(fā)電機(jī)的同一屬性 表5 1汽輪發(fā)電機(jī)電氣參數(shù) 物理描述表明數(shù)據(jù)在存儲器中的存儲方式 包括存儲單元組織和分布 5 1 2工程數(shù)據(jù)的組織形式1 數(shù)據(jù)項(xiàng)2 記錄3 文件4 數(shù)據(jù)庫 1 記錄中數(shù)據(jù)項(xiàng)之間具有清晰的聯(lián)系和簡單的結(jié)構(gòu) 2 用戶可以直接訪問記錄或數(shù)據(jù)項(xiàng) 文件之間可以交叉訪問 3 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成 因而數(shù)據(jù)的應(yīng)用獨(dú)立于數(shù)據(jù)的存儲 數(shù)據(jù)庫是一個通用的 綜合性的 減少冗余度的數(shù)據(jù)集合 5 1 3數(shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)要完整又簡捷地描述實(shí)體信息 常采用的方法是對其按一定的規(guī)律進(jìn)行分類編碼 編碼的結(jié)構(gòu)形式有三種 1 樹式結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)如圖5 1 a 所示 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 編碼和識別代碼不太方便 2 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)如圖5 1 b 所示 結(jié)構(gòu)簡單 編碼和識別也比較方便 圖5 1編碼的結(jié)構(gòu) 3 混合式結(jié)構(gòu)圖5 1 c 所示 大多數(shù)分類編碼都采用混合式結(jié)構(gòu) 圖中三種編碼結(jié)構(gòu)的信息容量分別是 31 32 33 39RL M N 3 3 9 5 2工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)1 工程數(shù)據(jù)管理模式 1 文件管理系統(tǒng) 2 基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 3 基于局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的管理系統(tǒng) 4 分布式管理系統(tǒng)為適應(yīng)遠(yuǎn)程多用戶的需要的一種新技術(shù) 采用了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊 局部數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的工作方式 圖5 2基于DBMS的管理系統(tǒng)圖5 3局域網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) 圖5 4分布式管理系統(tǒng) 2 工程數(shù)據(jù)的特點(diǎn)1 數(shù)據(jù)形態(tài)多樣 2 數(shù)據(jù)類型繁多 3 數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜 4 數(shù)據(jù)修改頻繁 3 對工程數(shù)據(jù)管理的功能要求1 能描述復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型 保存相關(guān)語義信息 2 支持模式的動態(tài)定義和修改 不需重新編譯和數(shù)據(jù)重載 3 支持工程長事務(wù)的處理 4 能存儲和管理各種類型數(shù)據(jù) 并支持圖形標(biāo)準(zhǔn)間的轉(zhuǎn)化 具有多庫協(xié)調(diào)管理能力 5 具有版本管理功能 6 支持程序控制與交互操作兩種工作方式 7 具有分布式數(shù)據(jù)處理功能 5 3數(shù)據(jù)的文件管理系統(tǒng)5 3 1文件的類型1 順序文件2 隨機(jī)文件5 3 2數(shù)據(jù)文件的特點(diǎn)具有實(shí)現(xiàn)方便 使用效率高等優(yōu)點(diǎn) 也存在某些致命的弱點(diǎn) 1 文件只能表示事物 而不能表示事物之間的聯(lián)系 2 文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一旦定義便不可改變 3 數(shù)據(jù)維護(hù)只能以文件為單位 4 是以程序?yàn)橹行牡臄?shù)據(jù)管理方式 5 4工程數(shù)據(jù)庫5 4 1數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型1 層次型如圖5 5所示 圖5 5油斷路器數(shù)據(jù)模型 2 網(wǎng)絡(luò)型如圖5 6所示 圖5 6網(wǎng)絡(luò)型模型 3 關(guān)系型把信息集合定義為一張二維表的組織結(jié)構(gòu) 表5 1表示的電機(jī)數(shù)據(jù) 這就這種關(guān)系型數(shù)據(jù)模型 關(guān)系型模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單 數(shù)據(jù)獨(dú)性高 操作算法成熟 完善 目前國內(nèi)普遍應(yīng)用的FoxBASE FoxPro Oracle等都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 5 4 2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS 對數(shù)據(jù)的操縱和管理的軟件統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS 是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分 1 DBMS的基本功能1 定義功能 2 管理功能 3 建立或生成功能 包括各種文件的建立和生成 4 維護(hù)功能 包括數(shù)據(jù)庫的更新或再組織 結(jié)構(gòu)的維護(hù) 恢復(fù)和性能監(jiān)視等 5 通訊功能 DBMS是在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的支持下建立和使用的 為此必須具備與操作系統(tǒng)聯(lián)機(jī)處理的通訊功能 2 DBMS的主要特點(diǎn) 1 對數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一 集中 獨(dú)立的管理 2 應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)不相互依賴 即數(shù)據(jù)可獨(dú)立于應(yīng)用程序存在 3 建立檢索 增刪 修改等操作靈活而方便 具有全屏幕編輯功能等 4 在描述數(shù)據(jù)的同時 也描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系 即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 5 數(shù)據(jù)共享性好 冗余度低 具有安全性和完整性 圖5 7數(shù)據(jù)庫管理方式 3 數(shù)據(jù)庫管理軟件如dBASEIII FoxBASE FoxPro Access等 工程數(shù)據(jù)是非常多樣和復(fù)雜的 可分為如下四類 1 管理型數(shù)據(jù) 2 設(shè)計(jì)型數(shù)據(jù) 3 圖形數(shù)據(jù) 包括各種工程圖表 二維圖形 三維幾何造型等數(shù)據(jù) 4 各種軟件包產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 5 4 3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立和使用1 建庫的工作流程如圖5 8所示 1 調(diào)查和分析階段 對建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的環(huán)境作分析研究 要對原有的軟件和硬件兩方面的情況作全面的調(diào)查和認(rèn)真的分析研究 對CAD數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用目標(biāo)作調(diào)查和分析研究 2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 3 系統(tǒng)調(diào)試 4 裝入數(shù)據(jù) 5 編制數(shù)據(jù)字典編制出數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的使用說明書或數(shù)據(jù)字典 2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的使用 1 應(yīng)用程序從數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù) 2 使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的方式有兩種 一種方式是人機(jī)交互式 另一種方式是自動執(zhí)行方式 3 圖形數(shù)據(jù)庫 1 對圖形數(shù)據(jù)庫的基本要求 能有效地存儲數(shù)據(jù) 且具有可靠的訪問途徑 用戶根據(jù)需要能夠方便地增刪 修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) 針對圖形處理的特點(diǎn) 能夠一次性地給出或存入一個形體或一個圖形的數(shù)據(jù) 能及時響應(yīng)用戶高效的時間要求 2 關(guān)系式圖形數(shù)據(jù)庫的建立圖5 9中電力系統(tǒng)可用節(jié)點(diǎn)支路結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述并建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫 見表5 2 a 與 b 表5 2 a 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表 表5 2 b 支路數(shù)據(jù)表 建立圖形數(shù)據(jù)庫必須解決以下問題 建立合理的能滿足圖形處理要求的數(shù)據(jù)模型 并描述成數(shù)據(jù)庫模式 設(shè)計(jì)相應(yīng)存取數(shù)據(jù)操作程序 設(shè)計(jì)圖形處理應(yīng)用語言與數(shù)據(jù)庫語言間的接口 4 工程數(shù)據(jù)模型的擴(kuò)展描述工程數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)尚在研究和探討中 5 5電氣CAD中數(shù)據(jù)實(shí)用處理技術(shù)5 5 1數(shù)表程序化1 數(shù)表分類 1 按數(shù)據(jù)間有無函數(shù)關(guān)系分類 可分為簡單數(shù)表和列表函數(shù)表 表5 3KSJ4 6 0 69320KVA變壓器后電纜長度與短路電流關(guān)系 2 按數(shù)表的維數(shù)可分為一維數(shù)表 二維數(shù)表和多維數(shù)表 2 數(shù)表的程序化用程序完整 準(zhǔn)確地描述不同函數(shù)關(guān)系的數(shù)表 有如下幾種方法 1 直觀列表輸入法 2 數(shù)組存儲法 例將變壓器規(guī)格型號及參數(shù)程序化 設(shè)計(jì)中用數(shù)組存放 見表5 4 表5 4雙繞組變壓器數(shù)據(jù)表 數(shù)據(jù)表只有一個自變量 即型號 且為字符型 查得的函數(shù)數(shù)值即為容量 電壓 損耗等參數(shù) 均為離散型實(shí)數(shù) 在程序中可定義一個二維數(shù)組 并將表中的數(shù)值寫在程序中使數(shù)組初始化 再定義一個整型變量i代表型號順序 當(dāng)i 0時代表表中第一行變壓器 i 1時代表第二行變壓器 以此類推 下面是BASIC語言程序段 DimiAsintegorDimse Vg Vd Po Pd FORi RTO3 ReadSe i Vg i Vd i Po i Pd i NEXTiData 10000 110 11 14 72 16000 121 10 5 18 5 110 20000 110 11 22 135 31500 110 11 31 05 190如果用戶給定i 2 程序立即查出Se 2 20000 Vg 2 110 Vd 2 11 Po 2 22 Pd 2 135 3 插值查詢法 線性插值 即兩點(diǎn)插值 已知插值點(diǎn) 其相鄰兩點(diǎn)為和 近似認(rèn)為函數(shù)在此區(qū)間呈線性關(guān)系 根據(jù)幾何關(guān)系可求得插值點(diǎn)P對應(yīng)于的函數(shù)值 拋物線插值 在列表函數(shù)結(jié)點(diǎn)上取鄰近三點(diǎn)作拋物線P 以P代替列表函數(shù) 拋物線插值可以獲得比線性插值精度高的結(jié)果 設(shè)已知三點(diǎn)為 插入值為 則 5 5 2曲線圖數(shù)字化1 找到線圖原來的公式 將公式編入程序 這是精確的程序化處理方法 2 將線圖離散化為數(shù)表 再用數(shù)表程序化方法加以處理 3 用曲線擬合的方法求出線圖的經(jīng)驗(yàn)公式 再將公式編入程序 5 5 3離散數(shù)據(jù)解析化工程中復(fù)雜的問題 難以用解析化的理論公式描述 提供的往往是一組離散的測量數(shù)據(jù) 建立近似表達(dá)這類問題中參數(shù)關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式的過程稱為數(shù)據(jù)公式擬合 如最小二乘法的曲線擬合 設(shè)擬合公式為 則每一測量點(diǎn)處的偏差為 偏差的平方和為最小 稱最小二乘擬合 擬合公式常用多項(xiàng)式 采用最小二